Campo eletromagnético - história da descoberta e propriedades físicas

Fenômenos elétricos e magnéticos são conhecidos pela humanidade desde a antiguidade, afinal eles viam raios e muitos povos antigos conheciam ímãs que atraem certos metais. A bateria de Bagdá, inventada há 4.000 anos, é uma das provas de que a humanidade já usava eletricidade muito antes de nossos dias e obviamente sabia como ela funcionava. No entanto, acredita-se que até o início do século XIX, a eletricidade e o magnetismo sempre foram considerados separadamente um do outro, considerados como fenômenos não relacionados e pertencentes a diferentes ramos da física.

O estudo do campo magnético começou em 1269, quando o cientista francês Peter Peregrin (cavaleiro Pierre de Mericourt) marcou o campo magnético na superfície de um ímã esférico usando agulhas de aço e determinou que as linhas do campo magnético resultante se cruzavam em dois pontos que ele chamou de "pólos" por analogia com os pólos da Terra.

Oersted em seus experimentos apenas em 1819.encontrou a deflexão de uma agulha de bússola colocada perto de um fio condutor de corrente, e então o cientista concluiu que havia alguma conexão entre fenômenos elétricos e magnéticos.

5 anos depois, em 1824, Ampere conseguiu descrever matematicamente a interação de um fio condutor de corrente com um ímã, bem como a interação dos fios entre si, então parecia Lei de Ampère: "A força que atua em um fio condutor de corrente colocado em um campo magnético uniforme é proporcional ao comprimento do fio, vetor de indução magnética, corrente e seno do ângulo entre o vetor de indução magnética e o fio «.

Em relação ao efeito de um ímã em uma corrente, Ampere sugeriu que dentro de um ímã permanente existem correntes microscópicas fechadas que criam um campo magnético do ímã interagindo com o campo magnético de um condutor de corrente.

Após mais 7 anos, em 1831, Faraday descobriu experimentalmente o fenômeno da indução eletromagnética, ou seja, conseguiu estabelecer o fato do aparecimento de uma força eletromotriz em um condutor no momento em que um campo magnético variável atua sobre esse condutor. Olhar - aplicação prática do fenômeno da indução eletromagnética.

Por exemplo, movendo um ímã permanente perto de um fio, você pode obter uma corrente pulsante nele e, aplicando uma corrente pulsante a uma das bobinas, no núcleo de ferro comum com o qual a segunda bobina está localizada, uma corrente pulsante será também aparecem na segunda bobina.

33 anos depois, em 1864, Maxwell conseguiu resumir matematicamente fenômenos elétricos e magnéticos já conhecidos — ele criou uma teoria do campo eletromagnético, segundo a qual o campo eletromagnético inclui campos elétricos e magnéticos interconectados. Assim, graças a Maxwell, tornou-se possível combinar cientificamente os resultados de experimentos anteriores em eletrodinâmica.

Uma consequência dessas importantes conclusões de Maxwell é sua previsão de que, em princípio, qualquer mudança no campo eletromagnético deve gerar ondas eletromagnéticas que se propagam no espaço e em meios dielétricos com uma certa velocidade finita que depende da permissividade magnética e dielétrica do meio para propagação ondulada.

Para o vácuo, essa velocidade acabou sendo igual à velocidade da luz, em conexão com a qual Maxwell assumiu que a luz também é uma onda eletromagnética, e essa suposição foi posteriormente confirmada (embora Jung tenha apontado a natureza ondulatória da luz muito antes de Oersted experimentos).

Maxwell, por outro lado, criou a base matemática para o eletromagnetismo e, em 1884, as famosas equações de Maxwell apareceram na forma moderna. Em 1887, Hertz confirmou a teoria de Maxwell de ondas eletromagnéticas: O receptor captará as ondas eletromagnéticas enviadas pelo transmissor.

A eletrodinâmica clássica lida com o estudo dos campos eletromagnéticos.No âmbito da eletrodinâmica quântica, a radiação eletromagnética é considerada como um fluxo de fótons, no qual a interação eletromagnética é transportada por partículas transportadoras — fótons — bósons vetoriais sem massa, que podem ser representados como excitações quânticas elementares de um campo eletromagnético. Portanto, um fóton é um quantum do campo eletromagnético do ponto de vista da eletrodinâmica quântica.

A interação eletromagnética é hoje considerada uma das interações fundamentais da física, sendo o campo eletromagnético um dos campos físicos fundamentais junto com os campos gravitacional e fermiônico.

Propriedades físicas do campo eletromagnético

A presença de campos elétricos ou magnéticos ou ambos no espaço pode ser julgada pela forte ação do campo eletromagnético sobre uma partícula carregada ou sobre uma corrente.

O campo elétrico atua sobre cargas elétricas, tanto móveis quanto estacionárias, com uma certa força, dependendo da intensidade do campo elétrico em um determinado ponto do espaço em um determinado momento e da magnitude da carga de teste q.

Conhecendo a força (magnitude e direção) com que o campo elétrico atua sobre a carga de teste e conhecendo a magnitude da carga, pode-se encontrar a intensidade do campo elétrico E em um determinado ponto do espaço.

Um campo elétrico é criado por cargas elétricas, suas linhas de força começam em cargas positivas (fluem condicionalmente delas) e terminam em cargas negativas (fluem condicionalmente para elas). Assim, cargas elétricas são fontes de campo elétrico. Outra fonte do campo elétrico é o campo magnético variável, que é comprovado matematicamente pelas equações de Maxwell.

A força que atua sobre uma carga elétrica do lado do campo elétrico é parte da força que atua sobre uma determinada carga do lado do campo eletromagnético.

Um campo magnético é criado por cargas elétricas em movimento (correntes) ou por campos elétricos variáveis ​​no tempo (como visto nas equações de Maxwell) e atua apenas em cargas elétricas em movimento.

A força da ação do campo magnético em uma carga em movimento é proporcional à indução do campo magnético, a magnitude da carga em movimento, a velocidade de seu movimento e o seno do ângulo entre o vetor de indução do campo magnético B e a direção da velocidade de movimento da carga. Esta força é muitas vezes referida como a força de Lorenzobache é apenas a parte "magnética" dela.

De fato, a força de Lorentz inclui componentes elétricos e magnéticos. O campo magnético é criado por cargas elétricas em movimento (correntes), suas linhas de força são sempre fechadas e cobrem a corrente.